LA NITROUILLETTE

 

Fabrication d'un stick nitrox

 

par Jean-Pierre Stefanato - janvier 2004

Etymologie
 Il est très probable que cette appellation posttekkie provienne de la contraction du vocable bas-poitevin de " touillette à nitrox ". Ses premières apparitions dans la littérature électronique semblent dater du début du troisième millénaire, époque pudibonde s’il en fut, où elle supplanta l’expression " stick nitrox " nettement plus connotée sexuellement.

Quelle idée ?
L’auteur est parti de plusieurs constats :

  • Les engins décrits auparavant étaient assez peu compacts
  • Les explications quant à leur fonctionnement le laissaient perplexe.
  • Ils nécessitaient l’emploi d’une vanne de laminage apparemment superflue.
  • Leur fabrication n’était pas des plus aisée.

Le cahier des charges visait donc la simplicité d’utilisation et de fabrication, la compacité, la sécurité.

Un peu de théorie :
Le principe de base de ces appareils consiste à fabriquer en amont de l’aspiration du compresseur un mélange le plus homogène possible d’air et d’oxygène (du nitrox !) qui sera comprimé dans la bouteille de plongée. La contrainte déjà connue est une concentration en oxygène inférieure à 40 % qui rend le mélange compatible avec du matériel (compresseur, bouteille et détendeur) au standard air respirable.

Les avantages, connus eux aussi, de ce mode de fabrication de nitrox sont la compatibilité avec les matériels non spécifiques nitrox (dans la limite des 40 %), la rapidité de fabrication et la précision du mélange obtenu et la possibilité de vider complètement les bouteilles d’oxygène.

L’injection d’oxygène :
Pour un compresseur d’un débit donné, le pourcentage d’oxygène dans le mélange sera fonction du débit d’oxygène surajouté à l’air aspiré. Les systèmes classiques utilisent un détendeur de chalumeau qui abaisse la pression de la bouteille d’oxygène (d’une valeur maximale de 200 bars) à quelques bars puis c’est une vanne de précision à laminage qui règle le débit d’oxygène à l’entrée du mélangeur.

Considérant que cette vanne à laminage était superflue et délicate à réguler, je l’ai remplacée par une injection d’oxygène à travers un orifice calibré qui possède la propriété de délivrer un débit constant pour une pression constante. Et, voyez comme ça tombe bien, le détendeur est justement construit pour délivrer une pression constante.

Le flux continu :
Second problème, l’injection d’oxygène est continue alors que l’aspiration du compresseur est pulsée au rythme des déplacements du piston du premier étage du compresseur. Quand le piston comprime il n’aspire pas (jusque là ça va ?), et pourtant l’oxygène continue d’arriver si bien que quand le piston va à nouveau aspirer il va prendre une bonne goulée d’oxygène pur, ce qui n’est pas bon du tout pour la santé du compresseur.

Il faut donc transformer le flux pulsé du compresseur en flux continu de façon à assurer l’homogénéité du mélange. Et c’est là que toutes les théories des vortex et autres flux contrariés qui me paraissaient approximatives s’écroulent : en fait ça marchait uniquement grâce à l’éloignement du point d’injection d’oxygène et de l’aspiration du compresseur, la colonne d’air faisant office d’amortisseur pneumatique.

Il suffit donc d’allonger artificiellement la colonne d’air dans laquelle se fait le mélange pour en assurer l’homogénéité : une boite à chicanes fera l’affaire. Et en plus les brusque virages auxquels est soumis le flux gazeux contribuent à son mélange. Il y a sûrement une relation mathématique entre la cylindrée du premier étage et le volume de la boite à chicanes...

La boite à chicanes :
La Nitrouillette est en grande partie constituée d’éléments standards du commerce. Le corps consiste en deux bouchons PVC de diamètre 100 mm reliés par un manchon PVC. Le bouchon du bas a une ouverture de 32 mm, il est orienté vers l’aspiration du compresseur, celui du haut a deux ouvertures de 40 mm, une pour le tuyau de prise d’air, l’autre pour le bouchon d’injection d’oxygène.

L’intérieur du cylindre ainsi constitué est garni de 10 chicanes constituées par des disques en PVC de 2 a mm d’épaisseur percés d’un trou excentré de 24 mm. Chaque chicane est espacée de la précédente grâce à une entretoise de 6 mm (en tube PVC) afin de maintenir la même section de passage du gaz que les trous de 24 mm. Bien sûr les trous sont décalés de 180° à chaque chicane. Le tout est assemblé avec de la colle pour PVC et mesure 155 mm de long pour 100 de diamètre.

L’injection d’oxygène :
Pour l’injecteur je suis parti d’une buse de gazinière mais attention, d’une gazinière à gaz. Je précise car en Poitou il existe aussi des gazinières électriques, qui n’ont pas de buse. Chez les niortais des mutuelles on trouve plus souvent des plaques de cuisson, dont certaines sont à gaz, donc à buses. Si je raconte tout ça c’est pour dire que vous avez certainement une buse pas loin, et pas forcément celle que vous croyez.

Donc la buse est brasée sur un raccord laiton de ¼ gaz qui traverse un bouchon vissé en PVC de 40 qui vient se loger dans un des trous du bouchon du haut (voir photo). L’oxygène arrive sous pression grâce à un tuyau souple qui provient du détendeur de chalumeau. Le détendeur permet d’ajuster la pression, donc le débit d’oxygène.

La mesure du pourcentage d’oxygène :
Si on veut connaître le pourcentage d’oxygène du mélange à l’entrée du compresseur et surtout s’assurer qu’il reste en deçà des 40%, il est nécessaire de le mesurer pendant toute l’opération de gonflage. Pour ce faire on utilise un analyseur d’oxygène dont la cellule est branchée en dérivation sur le flux gazeux. Dans notre cas il s’agit d’un analyseur Vandagraph.Pour ce faire un té en PVC-pression de diamètre intérieur 25 mm est collé dans le bouchon du bas. La sonde est ajustée sur le côté du té grâce à un réducteur en PVC de 25 à 14 mm. Il faut raccourcir le côté du té pour que la sonde soit en contact avec le flux gazeux.

Maintenant tout est en place pour notre premier essai : il ne reste plus qu’à raccorder la Nitrouillette à l’entrée du compresseur.

La mise en oeuvre :
Il est impératif de démarrer le compresseur avant d’ouvrir prudemment l’oxygène pour éviter qu’il prenne une bonne goulée d’oxygène pur. Pendant que le compresseur tourne on monte progressivement la pression du détendeur jusqu’à ce que l’analyseur se stabilise sur la bonne valeur (bien sûr l’analyseur aura auparavant été réglé à 20,9 % sur de l’air pur).

Sur des compresseurs thermiques on va observer que plus la pression de sortie du compresseur monte plus le taux d’oxygène du mélange augmente. En effet le moteur force plus donc le compresseur débite moins et comme l’injection d’oxygène est constante le taux augmente. Par précaution on limitera le taux à 40 % lorsque le compresseur aura atteint sa pression de gonflage maximale, ainsi pas de risque de dépasser cette valeur critique.

Il ne reste plus qu’à remplir la bouteille, tout en surveillant le % d’oxygène.
Une fois le gonflage terminé, c’est l’opération inverse : d’abord on coupe l’oxygène ensuite on arrête le compresseur.

Avec le système d’injection sous pression il est très simple d’étalonner la pression d’injection pour un pourcentage d’oxygène donné et pour un compresseur donné : ça permet d’arriver plus rapidement au réglage voulu. Il est possible aussi de brider le détendeur pour ne pas dépasser un pourcentage maximum sur un compresseur donné.

Sur une installation fixe la Nitrouillette peut rester en place sur le compresseur pour les gonflages à l’air. Il suffit de garder sous clé le détendeur d’oxygène et de boucher l’emplacement de la sonde d’analyse.


Les risques (et comment les limiter) :
 Nous en avons déjà évoqué quelques uns :

L’aspiration d’oxygène pur au démarrage : démarrer le compresseur avant d’alimenter en oxygène et arrêter le compresseur après avoir coupé l’oxygène. Un asservissement est possible.

L’aspiration d’un mélange de plus de 40 % d’oxygène : calibrer soigneusement l’analyseur sur l’air avant d’alimenter en oxygène, monter très progressivement la pression d’oxygène, surveiller constamment la valeur affichée par l’analyseur, se méfier des compresseurs dont le débit diminue quand la pression de gonflage augmente.

La fuite continue d’oxygène dans le local : ce risque n’est pas supérieur à celui encouru par les utilisateurs de chalumeaux. Le tuyau d’alimentation en oxygène peut se trouver en contact avec des parties chaudes du compresseur. Il doit donc être en matériau non fusible (éviter le nylon, comme sur le modèle des photos). La pression d’alimentation peut atteindre 12 bars (c’est la limite pour le détendeur) le système d’injection doit donc résister au moins à cette pression.

Précautions liées à l’utilisation du nitrox : son usage est réservé à des plongeurs qualifiés. Malgré la précision du mélange obtenu par ce procédé il est indispensable d’analyser le contenu de la bouteille avant la plongée et de respecter les consignes d’utilisation et particulièrement la profondeur plancher.

Et tout tient dans la boite !
(photos d’Eric Morin)